Часть серии статей о |
Судебная медицина |
---|
![]() |
Судебная химия — это применение химии и ее подотрасли, судебной токсикологии , в юридической обстановке. Судебный химик может помочь в идентификации неизвестных материалов, найденных на месте преступления . [1] Специалисты в этой области имеют широкий спектр методов и инструментов, помогающих идентифицировать неизвестные вещества. К ним относятся высокоэффективная жидкостная хроматография , газовая хроматография-масс-спектрометрия , атомно-абсорбционная спектроскопия , инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье и тонкослойная хроматография . Диапазон различных методов важен из-за разрушительной природы некоторых инструментов и количества возможных неизвестных веществ, которые могут быть найдены на месте преступления. Судебные химики предпочитают сначала использовать неразрушающие методы, чтобы сохранить доказательства и определить, какие разрушительные методы дадут наилучшие результаты.
Наряду с другими специалистами по судебной экспертизе, судебные химики обычно дают показания в суде в качестве экспертов-свидетелей относительно своих выводов. Судебные химики следуют набору стандартов, которые были предложены различными агентствами и руководящими органами, включая Научную рабочую группу по анализу изъятых наркотиков. В дополнение к стандартным рабочим процедурам, предложенным группой, определенные агентства имеют свои собственные стандарты в отношении обеспечения качества и контроля качества своих результатов и своих инструментов. Чтобы гарантировать точность того, что они сообщают, судебные химики регулярно проверяют и подтверждают, что их инструменты работают правильно и по-прежнему способны обнаруживать и измерять различные количества различных веществ.
Анализ судебных химиков может предоставить следователям наводки, и они могут подтвердить или опровергнуть свои подозрения. Идентификация различных веществ, найденных на месте происшествия, может подсказать следователям, на что обращать внимание во время поиска. Во время расследования пожаров судебные химики могут определить, использовался ли ускоритель, такой как бензин или керосин ; если да, то это говорит о том, что поджог был умышленно подожжен . [3] Судебные химики также могут сузить список подозреваемых до людей, которые могли иметь доступ к веществу, использованному при совершении преступления. Например, при расследовании взрывчатых веществ идентификация RDX или C-4 будет указывать на военную связь, поскольку эти вещества являются взрывчатыми веществами военного класса. [4] С другой стороны, идентификация TNT создаст более широкий список подозреваемых, поскольку он используется компаниями по сносу зданий, а также в армии. [4] Во время расследования отравлений обнаружение определенных ядов может дать детективам представление о том, на что обращать внимание при допросе потенциальных подозреваемых. [5] Например, расследование, в котором задействован рицин, побудило бы следователей искать предшественников рицина — семена клещевины . [ 6]
Судебные химики также помогают подтвердить или опровергнуть подозрения следователей в делах, связанных с наркотиками или алкоголем. Инструменты, используемые судебными химиками, могут обнаруживать мельчайшие количества, и точное измерение может быть важно в таких преступлениях, как вождение в нетрезвом виде , поскольку существуют определенные предельные значения содержания алкоголя в крови , при которых начинаются или увеличиваются штрафы. [7] В случаях предполагаемой передозировки количество наркотика, обнаруженного в организме человека, может подтвердить или исключить передозировку как причину смерти. [8]
На протяжении всей истории для совершения убийств использовались различные яды, включая мышьяк , паслен , болиголов , стрихнин и кураре . [10] До начала 19 века не существовало методов точного определения присутствия конкретного химического вещества, и отравители редко наказывались за свои преступления. [11] В 1836 году один из первых крупных вкладов в судебную химию был внесен британским химиком Джеймсом Маршем . Он создал тест Марша для обнаружения мышьяка, который впоследствии успешно использовался в судебном процессе по делу об убийстве. [12] Также в это время судебная токсикология начала признаваться отдельной областью. Матье Орфила , «отец токсикологии», добился больших успехов в этой области в начале 19 века. [13] Будучи пионером в разработке судебной микроскопии, Орфила внес вклад в развитие этого метода обнаружения крови и спермы. [13] Орфила был также первым химиком, который успешно классифицировал различные химические вещества по таким категориям, как едкие , наркотические и вяжущие . [11]
Следующий шаг в обнаружении ядов произошел в 1850 году, когда химик Жан Стас создал действенный метод обнаружения растительных алкалоидов в тканях человека . [14] Метод Стаса был быстро принят и успешно использован в суде, чтобы осудить графа Ипполита Висарта де Бокарме за убийство своего зятя путем отравления никотином . [14] Стас смог успешно выделить алкалоид из органов жертвы. Протокол Стаса впоследствии был изменен, чтобы включить тесты на кофеин , хинин , морфин , стрихнин, атропин и опиум . [15]
В этот период времени также начал разрабатываться широкий спектр приборов для судебно-химического анализа. В начале 19 века Йозеф фон Фраунгофер изобрел спектроскоп . [16] В 1859 году химик Роберт Бунзен и физик Густав Кирхгоф расширили изобретение Фраунгофера. [17] Их эксперименты со спектроскопией показали, что определенные вещества создают уникальный спектр при воздействии определенных длин волн света. Используя спектроскопию, два ученых смогли идентифицировать вещества на основе их спектра, предоставив метод идентификации неизвестных материалов. [17] В 1906 году ботаник Михаил Цвет изобрел бумажную хроматографию , раннего предшественника тонкослойной хроматографии, и использовал ее для разделения и исследования растительных белков, из которых состоит хлорофилл . [15] Возможность разделять смеси на их отдельные компоненты позволяет судебным химикам исследовать части неизвестного материала по базе данных известных продуктов. Сопоставляя факторы удерживания для разделенных компонентов с известными значениями, можно идентифицировать материалы. [18]
Современные судебные химики полагаются на многочисленные инструменты для идентификации неизвестных материалов, найденных на месте преступления. В 20 веке произошло много достижений в области технологий, которые позволили химикам точнее обнаруживать меньшие количества материала. Первое крупное достижение в этом веке произошло в 1930-х годах с изобретением спектрометра, который мог измерять сигнал, создаваемый инфракрасным (ИК) светом. Ранние ИК-спектрометры использовали монохроматор и могли измерять поглощение света только в очень узком диапазоне длин волн. Только после соединения интерферометра с ИК-спектрометром в 1949 году Питером Феллгеттом полный инфракрасный спектр можно было измерить сразу. [19] : 202 Феллгет также использовал преобразование Фурье , математический метод, который может разбить сигнал на его отдельные частоты, чтобы разобраться в огромном количестве данных, полученных в результате полного инфракрасного анализа материала. [19] С тех пор приборы инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) стали критически важными в судебно-медицинском анализе неизвестных материалов, поскольку они неразрушающие и чрезвычайно быстрые в использовании. Спектроскопия получила дальнейшее развитие в 1955 году с изобретением современного атомно-абсорбционного (АА) спектрофотометра Аланом Уолшем . [20] Анализ АА может обнаруживать определенные элементы, составляющие образец, вместе с их концентрациями, что позволяет легко обнаруживать тяжелые металлы, такие как мышьяк и кадмий . [21]
Прогресс в области хроматографии наступил в 1953 году с изобретением газового хроматографа Энтони Т. Джеймсом и Арчером Джоном Портером Мартином , что позволило разделять летучие жидкие смеси с компонентами, имеющими близкие точки кипения. Нелетучие жидкие смеси можно было разделить с помощью жидкостной хроматографии , но вещества с близким временем удерживания не могли быть разделены до изобретения высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) Чабой Хорватом в 1970 году. Современные приборы ВЭЖХ способны обнаруживать и разделять вещества, концентрации которых составляют всего лишь части на триллион . [22]
Одно из важнейших достижений в области судебной химии произошло в 1955 году с изобретением Фредом Маклафферти и Роландом Гольке газовой хроматографии с масс-спектрометрией (ГХ-МС) . [23] [24] Сочетание газового хроматографа с масс-спектрометром позволило идентифицировать широкий спектр веществ. [24] Анализ ГХ-МС широко считается «золотым стандартом» судебно-медицинского анализа из-за его чувствительности и универсальности, а также его способности количественно определять количество присутствующего вещества. [25] Повышение чувствительности приборов достигло такой степени, что мельчайшие примеси в соединениях могут быть обнаружены, что потенциально позволяет следователям отслеживать химические вещества до определенной партии и партии от производителя. [5]
Судебные химики полагаются на множество инструментов для идентификации неизвестных веществ, найденных на месте преступления. [26] Для определения идентичности одного и того же вещества могут использоваться различные методы, и эксперт должен определить, какой метод даст наилучшие результаты. Факторы, которые судебные химики могут учитывать при проведении экспертизы, — это продолжительность времени, которое потребуется определенному инструменту для исследования вещества, и разрушительная природа этого инструмента. Они предпочитают сначала использовать неразрушающие методы, чтобы сохранить доказательства для дальнейшего исследования. [27] Неразрушающие методы также могут использоваться для сужения возможностей, что повышает вероятность того, что правильный метод будет использован в первый раз, когда используется разрушающий метод. [27]
Двумя основными автономными методами спектроскопии для судебной химии являются FTIR и AA спектроскопия. FTIR — это неразрушающий процесс, который использует инфракрасный свет для идентификации вещества. Метод отбора проб с ослабленным полным внутренним отражением устраняет необходимость подготовки веществ перед анализом. [28] Сочетание неразрушающего действия и нулевой подготовки делает анализ НПВО FTIR быстрым и простым первым шагом в анализе неизвестных веществ. Для облегчения положительной идентификации вещества приборы FTIR загружаются в базы данных, в которых можно искать известные спектры, соответствующие спектрам неизвестного. FTIR-анализ смесей, хотя и не невозможен, представляет определенные трудности из-за кумулятивной природы отклика. При анализе неизвестного, содержащего более одного вещества, полученные спектры будут представлять собой комбинацию индивидуальных спектров каждого компонента. [29] В то время как обычные смеси имеют известные спектры в файле, новые смеси могут быть трудноразрешимыми, что делает FTIR неприемлемым средством идентификации. Однако этот инструмент можно использовать для определения общих химических структур, что позволяет судебным химикам определять наилучший метод анализа с другими инструментами. Например, метокси-группа приведет к пику между 3030 и 2950 волновыми числами (см −1 ). [30]
Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) — это деструктивный метод, позволяющий определять элементы, входящие в состав анализируемого образца. ААС выполняет этот анализ, подвергая образец воздействию чрезвычайно высокого источника тепла, разрушая атомные связи вещества, оставляя свободные атомы. Затем через образец пропускается излучение в форме света, заставляя атомы переходить в более высокое энергетическое состояние . [31] : 2 Судебные химики могут проводить тестирование на каждый элемент, используя соответствующую длину волны света, которая заставляет атомы этого элемента переходить в более высокое энергетическое состояние во время анализа. [31] : 256 По этой причине и из-за деструктивного характера этого метода ААС обычно используется в качестве подтверждающего метода после того, как предварительные тесты указали на присутствие определенного элемента в образце. Концентрация элемента в образце пропорциональна количеству поглощенного света по сравнению с пустым образцом. [32] ААС полезна в случаях предполагаемого отравления тяжелыми металлами, такими как мышьяк , свинец , ртуть и кадмий . Концентрация вещества в образце может указать, были ли тяжелые металлы причиной смерти. [33]
Методы спектроскопии полезны, когда исследуемый образец чистый или представляет собой очень распространенную смесь. Когда анализируется неизвестная смесь, ее необходимо разбить на отдельные части. Методы хроматографии можно использовать для разложения смесей на компоненты, что позволяет анализировать каждую часть отдельно.
Тонкослойная хроматография (ТСХ) является быстрой альтернативой более сложным методам хроматографии. ТСХ можно использовать для анализа чернил и красителей путем извлечения отдельных компонентов. [18] Это можно использовать для исследования заметок или волокон, оставленных на месте преступления, поскольку продукция каждой компании немного отличается, и эти различия можно увидеть с помощью ТСХ. Единственным ограничивающим фактором при анализе ТСХ является необходимость растворения компонентов в любом растворе, который используется для переноса компонентов на аналитическую пластину. [18] Этот раствор называется подвижной фазой . [18] Судебный химик может сравнивать неизвестные вещества с известными стандартами, глядя на расстояние, пройденное каждым компонентом. [18] Это расстояние, по сравнению с начальной точкой, известно как фактор удерживания (R f ) для каждого извлеченного компонента. [18] Если каждое значение R f соответствует известному образцу, это является указанием на идентичность неизвестного вещества. [18]
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) может использоваться для извлечения отдельных компонентов из смеси, растворенной в растворе . ВЭЖХ используется для нелетучих смесей, которые не подходят для газовой хроматографии. [34] Это полезно при анализе лекарственных средств, когда фармацевтический препарат является комбинированным препаратом, поскольку компоненты будут разделяться или элюироваться в разное время, что позволяет проводить проверку каждого компонента. [35] Затем элюаты из колонки ВЭЖХ подаются в различные детекторы , которые создают пик на графике относительно его концентрации по мере того, как он элюируется из колонки. Наиболее распространенным типом детектора является ультрафиолетово-видимый спектрометр , поскольку наиболее распространенный объект интереса, тестируемый с помощью ВЭЖХ, фармацевтические препараты имеют УФ-поглощение. [36]
Газовая хроматография (ГХ) выполняет ту же функцию, что и жидкостная хроматография, но она используется для летучих смесей. В судебной химии наиболее распространенные приборы ГХ используют масс-спектрометрию в качестве детектора. [1] ГХ-МС можно использовать при расследовании поджогов, отравлений и взрывов, чтобы точно определить, что именно было использовано. Теоретически приборы ГХ-МС могут обнаруживать вещества, концентрации которых находятся в фемтограммах (10−15 ) диапазона. [37] Однако на практике из-за соотношения сигнал/шум и других ограничивающих факторов, таких как возраст отдельных частей прибора, практический предел обнаружения для ГХ-МС составляет пикограмм ( 10−12 ). [38] ГХ-МС также способен количественно определять обнаруживаемые им вещества; химики могут использовать эту информацию для определения эффекта, который вещество может оказать на человека. Инструментам ГХ-МС требуется примерно в 1000 раз больше вещества для количественного определения количества, чем им нужно просто для его обнаружения; предел количественного определения обычно составляет нанограмм ( 10−9 ) диапазон. [38]
Судебная токсикология — это изучение фармакодинамики , или того, что вещество делает с организмом, и фармакокинетики , или того, что организм делает с веществом. Чтобы точно определить эффект конкретного препарата на организм человека, судебные токсикологи должны знать различные уровни толерантности к препаратам , которые может развить человек, а также терапевтический индекс для различных фармацевтических препаратов. Токсикологам поручено определить, был ли какой-либо токсин, обнаруженный в организме, причиной или способствовал инциденту, или же его уровень был слишком низким, чтобы оказать эффект. [39] Хотя определение конкретного токсина может занять много времени из-за количества различных веществ, которые могут вызвать травму или смерть, некоторые подсказки могут сузить возможности. Например, отравление угарным газом приведет к ярко-красной крови, в то время как смерть от отравления сероводородом вызовет зеленый оттенок мозга. [40] [41]
Токсикологи также знают о различных метаболитах , на которые может распадаться определенный препарат внутри организма. Например, токсиколог может подтвердить, что человек принял героин , по наличию в образце 6-моноацетилморфина , который появляется только при распаде героина. [42] Постоянное создание новых наркотиков, как легальных, так и нелегальных, заставляет токсикологов быть в курсе новых исследований и методов тестирования этих новых веществ. Поток новых формул означает, что отрицательный результат теста не обязательно исключает наркотики. Чтобы избежать обнаружения, производители нелегальных наркотиков часто немного изменяют структуру химикатов. Эти соединения часто не обнаруживаются обычными токсикологическими тестами и могут быть замаскированы присутствием известного соединения в том же образце. [43] По мере обнаружения новых соединений известные спектры определяются и вносятся в базы данных, которые можно загрузить и использовать в качестве эталонных стандартов. [44] Лаборатории также имеют тенденцию вести внутренние базы данных для веществ, которые они находят локально. [44]
Категория А | Категория Б | Категория С |
---|---|---|
|
Различные руководящие органы разработали руководящие принципы относительно стандартов, которым следуют практикующие судебные эксперты. Для судебных химиков международная Научная рабочая группа по анализу изъятых наркотиков (SWGDRUG) представляет рекомендации по обеспечению качества и контролю качества тестируемых материалов. [45] При идентификации неизвестных образцов протоколы были сгруппированы в три категории на основе вероятности ложных положительных результатов. Инструменты и протоколы категории A считаются лучшими для уникальной идентификации неизвестного материала, за ними следуют категории B и C. Для обеспечения точности идентификации SWGDRUG рекомендует проводить несколько тестов с использованием разных инструментов для каждого образца, а также использовать одну методику категории A и по крайней мере одну другую методику. Если метод категории A недоступен или судебный химик решает не использовать его, SWGDRUG рекомендует использовать не менее трех методов, два из которых должны быть из категории B. [45] : 14–15 Комбинированные приборы, такие как ГХ-МС, считаются двумя отдельными тестами, пока результаты сравниваются с известными значениями по отдельности. Например, время элюирования ГХ будет сравниваться с известными значениями вместе со спектрами МС. Если оба они соответствуют известному веществу, никаких дополнительных тестов не требуется. [45] : 16
Стандарты и элементы управления необходимы для контроля качества различных инструментов, используемых для тестирования образцов. В связи с характером своей работы в правовой системе химики должны гарантировать, что их инструменты работают точно. Для этого известные элементы управления последовательно тестируются с неизвестными образцами. [46] Сравнивая показания элементов управления с их известными профилями, можно подтвердить, что инструмент работал правильно во время тестирования неизвестных веществ. Стандарты также используются для определения предела обнаружения прибора и предела количественного определения для различных распространенных веществ. [47] Расчетные количества должны превышать предел обнаружения, чтобы быть подтвержденными как присутствующие, и превышать предел количественного определения, чтобы быть количественно определенными. [47] Если значение ниже предела, то значение не считается надежным. [47]
Стандартизированные процедуры дачи показаний судебными химиками предоставляются различными агентствами, которые нанимают ученых, а также SWGDRUG. Судебные химики этически обязаны давать показания в нейтральной манере и быть открытыми для пересмотра своих заявлений, если будет обнаружена новая информация. [45] : 3 Химики также должны ограничивать свои показания областями, в которых они были квалифицированы, независимо от вопросов во время прямого или перекрестного допроса . [45] : 27
Лица, вызванные для дачи показаний, должны уметь передавать научную информацию и процессы таким образом, чтобы их могли понять неспециалисты. [48] Имея квалификацию эксперта , химики имеют право высказывать свое мнение о доказательствах, а не просто излагать факты. Это может привести к конкурирующим мнениям экспертов, нанятых противоположной стороной. [48] Этические принципы для судебных химиков требуют, чтобы показания давались объективно, независимо от того, какую сторону дает эксперт. [49] Ожидается, что судебные эксперты, вызванные для дачи показаний, будут работать с адвокатом, выписавшим повестку, и помогать ему в понимании материала, по которому они будут задавать вопросы. [49]
Должности судебной химии требуют степени бакалавра или аналогичной в естественных или физических науках, а также лабораторного опыта в общей , органической и аналитической химии. После того, как они заняли должность, люди обучаются протоколам, выполняемым в этой конкретной лаборатории, пока они не будут доказаны как компетентные для выполнения всех экспериментов без надзора. Практикующие химики в этой области должны пройти непрерывное обучение, чтобы поддерживать свою квалификацию. [45] : 4–6